Hukum Ketiga Termodinamika

Kata Kunci: energi gibbs, entropi absolut, hukum termodinamika

Berdasarkan persamaan entropi 1 perubahan entropi suatu zat dapat mencapai nilai absolutnya pada suhu tertentu, sehingga pengukuran perubahan entropi dari satu suhu tersebut ke suhu lainnya.

Hukum ketiga termodinamika memberikan dasar untuk menetapkan entropi absolut suatu zat, yaitu entropi setiap kristal sempurna adalah nol pada suhu nol absolut atau nol derajat Kelvin (K). Pada keadaan ini setiap atom pada posisi yang pasti dan memiliki energi dalam terendah.

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. Molekul hanya memiliki energi vibrasi (di samping energy electron dan energy inti) yang sama besar, sehingga berada dalam keadaan kuantum tunggal. Jika di tijau dari kedudukan dan distribusi energinya , penyusun-penyusun molekul dalam suatu Kristal yang sempurna pada  0 K hanya dapat terlaksana dengan satu cara. Dalam ini W=1. Jadi entropi suatu Kristal murni yang sempurna ialah 0 pada 0 K. Pernyataan ini terkenal sebagai HUKUM KETIGA TERMODINAMIKA

                                                            S0 = 0

Entropi dan energi bebas Gibbs juga merupakan fungsi keadaan sehingga kedua besaran ini memiliki nilai pada keadaan standart, seperti halnya dengan entalphi. Hasil pengukuran standart untuk entropi dan Energi bebas Gibbs juga dilakukan pada keadaan 25oC dan dengan tekanan 1 atm.

Energi bebas Gibbs pembentukan standart memiliki arti perubahan energi bebas yang menyertai reaksi pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsur penyusunnya. Demikian pula untuk entropi standar yang dapat dipergunakan untuk menentukan entropi reaksi sebagai harga pembandingnya. Entropi dan Energi bebas Gibbs standar pembentukan, disajikan pada Tabel 10.5.



Tabel 10.5. Entropi dan Energi bebas Gibbs pembentukan standar yang diukur pada 25oC tekanan 1 atm

Angin Surya

Pada pertengahan 1950an, matematikawan Inggris, Syadney Chapman, menghitung sifat gas yang berada pada suhu demikian dan menemukan kalau ia merupakan konduktor panas yang sangat baik dan mestinya melebar jauh melebihi orbit Bumi. Juga ditahun 1950an, ilmuan Jerman bernama Ludwig Biermann menjadi tertarik dengan fakta kalau tidak peduli apakah komet menuju atau menjauhi matahari, ekornya selalu menjauhi matahari. Biermann mengajukan kalau ini terjadi karena Matahari memancarkan aliran partikel secara tetap yang mendorong ekor komet menjauh. Wilfried Schroeder mengklaim dalam bukunya, Who First Discovered the Solar Wind?, kalau astronom Jerman, Paul Ahnert adalah yang pertama menghubungkan angin surya dengan arah ekor komet berdasarkan pengamatan komet Whipple-Fedke (1942g). Pada akhir 1990an, instrumen Ultraviolet Coronal Spectrometer (UVCS) di pesawat antariksa SOHO mengamati daerah percepatan angin surya cepat yang memancar dari kutub-kutub matahari, dan menemukan kalau angin dipercepat jauh lebih laju daripada akibat ekspansi termodinamika semata. Model Parker meramalkan kalau anginnya harus membuat transisi menuju aliran supersonik pada ketinggian sekitar 4 radius matahari dari fotosfer; namun transisi (atau titik sonik) sekarang tampak jauh lebih rendah, mungkin hanya 1 radius matahari di atas fotosfer, menyarankan kalau beberapa mekanisme tambahan mempercepat angin surya menjauh dari matahari. Komponen yang besar dari angin surya adalah ejeksi massa korona (CME). CME merupakan pelontaran massa korona dalam waktu tertentu dan meningkatkan intensitas angin surya. Ketika CME menghantam magnetosfer Bumi, ia secara sementara mengubah bentuk medan magnet Bumi, mengubah arah jarum kompas, dan menginduksi arus ground listrik yang besar di Bumi itu sendiri; yang disebut badai geomagnetik dan merupakan fenomena global. Hantaman CME dapat menginduksi rekoneksi magnetik dalam ekor magnet Bumi (sisi tengah malam magnetosfer); ia melontarkan proton dan elektron turun ke atmosfer Bumi, dan membentuk aurora. Merkurius, planet terdekat dengan Matahari, mendapatkan angin surya dalam jumlah penuh, dan atmosfernya punah dan transient, sehingga permukaannya bermandikan radiasi. Angin surya menghembuskan gelembung-gelembung dalam medium antar bintang (daerah yang mengandung gas hidrogen dan helium yang langka yang mengisi galaksi). Titik dimana kekuatan angin surya tidak lagi cukup untuk mendorong medium antar bintang disebut heliopause, dan sering dipandang sebagai perbatasan terluar Tata Surya. Jarak ke heliopause tidak diketahui dengan pasti, dan mungkin beragam tergantung pada kecepatan angin surya dan kepadatan lokal medium antar bintang, namun diketahui kalau ia berada jauh di luar orbit Pluto. Para ilmuan berharap memperoleh lebih banyak pengetahuan heliopause dari data yang diperoleh lewat misi Interstellar Boundary Explorer (IBEX) yang diluncurkan bulan Oktober 2008.

Karakteristik

Karakteristik (Sifat) Sistem

Untuk mengetahui sifat termodinamik suatu zat atau benda, maka haruslah difahami mengenai keadaan zat atau benda tersebut yang direpresentasikan dari hal-hal real yang nampak atau dapat ditentukan secara kuantitas, misalnya suhu. Keadaan suatu sistem termodinamika didefinisikan juga oleh berbagai parameter, yang disebut properties (sifat).

Karakteristik termodinamika adalah suatu ciri-ciri dari sebuah sistem, dan akan memiliki nilai yang pasti (numerik) untuk tiap-tiap keadaan yang berbeda. Nilai ini dapat dinyatakan dalam persamaan titik dan juga nilai turunan yang nyata.

Berikut ini berbagai macam properties dalam thermodinamika :

1. Temperatur, yaitu keadaan suhu sistem yang dlambangkan dengan T dengan satuan Kelvin (K).
2. Massa jenis, yaitu tingkat kerapatan massa sistem terhadap volumenya yang dinotasikan dengan ρ  dan satuan kg/m³.
3. Kapasitas kalor spesifik  pada tekanan konstan, dinotasikan dengan c_p dan satuan J/(kg·K).
4. Kapasitas kalor spesifik pada volume konstan, dinotasikan dengan c_v dan satuan J/(kg·K).
5. Viskositas dnamis, dinotasikan dengan μ dan satuan N/(m²·s).
6. ν kinematic viscosity [m²/s]
7. Konduktivitas termal, yaitu daya hantaran terhadap kalor yang dnotasikan dengan k  dan satuan W/(m·K).
8. Keterbauran termal atau thermal diffusivity (α) dengan satuan m²/s.
9. Koefsien ekspansi termal volumetrik atau volumetric thermal expansion coefficient (β) dengan satuan K^-1.
10. Entalpi sistem atau enthalpy (H) dengan satuan J/kg.
11. Entropi S dengan satuan J/(kg·K).
12. Kebebasan energi gibs atau gibbs free energy (G) dengan satuan J/kg.
13. Tekanan atau pressure (p) dengan satuan (N/m²).
14. Volume (V ) dalam satuan m³.
15. Fugasitas atau fugacity (f ).
16. Keaktifan atau activity (a).
17. Potensial kimia (μ_i ).

Sifat Intensif dan Ekstensif                        

Selanjutnya, sifat-sirat (properties) dalam thermodinamika dibedakan dan dikelompokkan dalam dua kelompok besar, yaitu :

·         Sifat extensif

Adalah nilai properties yang tergantung pada massa dan jumlahnya. Jadi nilainya sangat dipengaruhi oleh jumlah (depend), dan hal ini juga bisa saja berubah, mengingat nilai ini bisa saja dibagi-bagi dan juga dikirim ke sistem yang lainnya. Sifat tersebut adalah sebagai berikut

1. Massa (mass)
2.  Panjang (length)
3. Volume 
4.  Entropi (entropy)
5. Entalpi (enthalpy)
6. Energi (energy) 
7. Hambatan Elektrik (electrical resistance)
8. Tekstur (texture) 
9. Kekakuan (stiffness)
10. Nomor partikel (particle number)

·         Sifat intensif

Adalah nilai properties yang tidak tergantung pada massa dan jumlah (not depend).

1. Temperatur
2. Potensial kimia
3. Massa jenis (density)
4. Viskositas (viscosity)
5. Kecepatan (velocity)
6. Hambatan elektrik
7. Energi
8. Kapasitas kalor spesifik
9. Kekerasan
10. Titik lebur dan titik didih
11. Tekanan
12. Kelenturan
13. Elastisitas
14. Sifat dapat tempa
15. Sifat kemagnetan
16. Konsentrasi

Sebuah nilai intensif bisa didaptkan dari hasil pengoperasian nilai ektensif. Nilai massa jenis yang termasuk intensif, didapatkan dari pembagian volume dan massa yang keduanya adalah nilai extensif.

Terdapat hubungan antara sifat intensif dan extensif. Terutama dalam penulisan lambang faktor turunan dari nilai intensif spesifik. Nilai spesifik adalah nilai yang didapatkan dari nilai ekstensif per massa zat. Misalnya, volume V (huruf besar) , sedangkan volume spesifik dilambangkan v (huruf kecil dari ekstensifnya).

Sifat Ekstensif	Simbol	Satuan	Sifat Intensif	Simbol	Satuan
Volume	V	m3 atau l	Volume spesifik	v	m3/kg atau l/kg
Energi dlam	U	Joule	Energi dalam spesifik	u	Joule/kg
Entropi	S	Joule / K	Entropi spesifik	s	Joule/(kg·K)
Entalpi	H	Joule	Entalpi spesifik	h	Joule/kg
Energi bebas gibs	G	Joule	Energi bebas gibs spesifik	g	Joule/kg
Kapasitas panas pada volume konstan	CV	Joule / K	Kapasitas panas pada volume konstan spesifik	cv	Joule/(kg·K)
Kapasitas panas pada tekanan konstan	CP	Joule / K	Kapasitas panas pada tekanan kosnstan spesifik	cp	Joule/(kg·K)

Sifat spesifik dinotasikan dengan basis per massa, sedangkan volume spesifik adalah kebalikan dari massa jenis zat.

Demikian halnya juga dengan nilai intensif massa molar, volume molar, dan sejenisnya. Yang didapatkan dari nilai ektensif di bagi dengan jumlah mol zat tersebut.

Animasi Turbo Jet

Electric Submersible Pump – Pompa Pada Pengeboran Minyak Bumi

Electric Submersible Pump – Pompa Pada Pengeboran Minyak Bumi


Electric Submersible Pump (ESP) adalah sejenis pompa sentrifugal berpenggerak motor listrik yang didesain untuk mampu ditenggelamkan di dalam sumber fluida kerja. Tujuannya adalah untuk dapat menghindari terjadinya kavitasi pada pompa. Pompa dengan desain khusus ini digunakan pada kondisi-kondisi yang khusus pula. Seperti untuk mengangkat air dari sumber / mata air yang berada di dalam tanah, mengangkat fluida berwujud sludge (lumpur), dan juga mengangkat minyak mentah pada proses pengeboran minyak bumi.
ESP yang digunakan pada proses pengangkatan minyak bumi dari perut bumi termasuk teknologi yang paling canggih dan efisien hingga saat ini. Namun disisi lain teknologi ini juga tidak murah. Karena selain desain konstruksi pompa dan motor listrik yang khusus, diperlukan juga teknologi kabel listrik yang harus tahan korosi, serta tahan terhadap tekanan dan temperatur tinggi.

20121005-083314 AM.jpg
Ilustrasi Electric Submersible Pump Pada Proses Pengeboran Minyak Bumi
(Sumber: Wikipedia.org)

Siklus Brayton

Siklus Brayton


Siklus Brayton menjadi konsep dasar untuk setiap mesin turbin gas. Siklus termodinamika ini dikembangkan pertama kali oleh John Barber pada tahun 1791, dan disempurnakan lebih lanjut oleh George Brayton. Pada awal penerapan siklus ini, Brayton dan ilmuwan lainnya mengembangkan mesinreciprocating dikombinasikan dengan kompresor. Mesin tersebut berdampingan dengan mesin Otto diaplikasikan pertama kali ke otomotif roda empat. Namun mesin Brayton kalah pamor dengan mesin Otto empat silinder yang dikembangkan oleh Henry Ford. Pada perkembangan selanjutnya, siklus Brayton lebih diaplikasikan khusus ke mesin-mesin turbojet dan turbin gas.

Termometer Digital

Termometer Digital
Dulu, termometer yang selalu menghiasi lemari obat biasanya termometer merkuri (air raksa). Namun sekarang termometer merkuri tidak lagi dianjurkan karena mudah pecah (terbuat dari kaca) dan merkurinya dapat menguap dan terhirup.
Ada beberapa jenis termometer. Dibawah ini adalah beberapa termometer yang juga dapat digunakan pada bayi. Sebelum memilihnya, sebaiknya pertimbangkan hal-hal berikut:
Termometer digital. Termometer yang satu inilah yang sering kita lihat dan gunakan. Memanfaatkan sensor panas elektrik untuk memeriksa suhu tubuh, termometer ini umum digunakan pada aksila (ketiak), oral (mulut) dan pada rektum (dubur).
Termometer telinga digital (membran timpani). Termometer ini memanfaatkan sinar inframerah untuk mengukur suhu tubuh melalui saluran telinga. Perlu diingat bahwa kotoran telinga atau saluran telinga yang melengkung dapat mengganggu keakuratannya.
Termometer empeng digital. Sesuai dengan namanya, bentuk termometer ini mirip dengan empeng bayi. Bayi hanya perlu menghisapnya untuk menggunakannya.
Termometer arteri temporalis. Termometer ini memanfaatkan scanner inframerah untuk mengukur suhu tubuh melalui arteri temporalis pada dahi.

Pembuatan Garam

Proses Pembuatan Garam
Garam merupakan komoditas yang sangat penting bagi kehidupan masyarakat kita, bayangkan saja jika tidak ada garam akan hambar terasa hidup kita begitu kata pepatah mengatakan. Garam tidak hanya bisa dijadikan bahan konsumsi namun garam juga bisa dikategorikan dalam bahan industri, seperti industri penyamakan kulit, pengeboran minyak lepas pantai dll.

IMG_0374Garam Krosok
Proses pembuatan garam secara tradisional bisa dibilang ada dua jenis yaitu dengan metode penguapan dengan sinar matahari di tambak – tambak garam dan dengan cara teknik perebusan (garam rebus).
Untuk proses pembuatan garam dengan penguapan sinar matahari biasanya para petani garam membuat garam dengan metode petakan – petakan untuk penguapan, untuk mendapatkan hasil garam yang baik dengan kristal yang besar, petani garam biasanya secara langsung menguapkan air laut yang dialirkan pada petakan – petakan untuk menghasilkan kadar baume (massa jenis cairan / kepekatan / kekentalan) yang tinggi sekitar 20 – 25 Be (untuk pengukuran menggunakan Baumemeter) tapi biasanya untuk petani tradisional mereka menggunakan insting saja, sangat jarang sekali petani tradisional menggunakan alat baumemeter.

TEKANAN ZAT CAIR

TEKANAN ZAT CAIR

Air adalah zat cair, maka itu air dapat mengalir. Air mengalir dari tempat dengan energi potensial tinggi ke tempat dengan energi potensial rendah. Hal ini terjadi karena ada tekanan zat cair.
Hukum bejana berhubungan terjadi jika ke dalam bejana berhubungan diisikan satu jenis zat cair dalam keadaan seimbang, maka permukaan zat cair dalam bejana akan terletak pada bidang horisontal. Konsep bejana berhubungan yaitu apabila zat cair yang sejenis (satu jenis zat cair) dituangkan ke dalam suatu bejana, maka permukaan zat cair tersebut dalam bejana selalu mendatar dan sama tinggi. Prinsip ini diterapkan pada selang plastik sebagai alat sederhana yang memanfaatkan prinsip bejana berhubungan. Alat ini sering digunakan tukang bangunan untuk menentukan apakah tinggi dua titik yang berjauhan pada suatu tempat sama.
Apabila dua macam zat cair yang tidak sejenis dan tidak bercampur  dituangkan ke dalam suatu bejana, maka permukaan zat cair yang tak sejenis tersebut tidak sama tinggi. Zat cair yang massa jenisnya lebih kecil, permukaannya lebih tinggi daripada zat cair yang massa jenisnya lebih besar. Oleh itu air, dapat mengalir.
Pada makalah ini akan dibahas sebagai berikut: Mengapa air dapat mengalir? Dapatkah air mengalir dari tempat rendah ke tempat yang tinggi? Bagaimana prinsip kerja pada aliran air PAM ke rumah-rumah? Apa contoh alat penggunaan hukum bejana berhubungan?

Animasi Hukum Boyle

         Hukum Boyle (kadang kala dirujuk sebagai Hukum Boyle-Mariotte) adalah satu daripada beberapa hukum gas dan kes khusus bagi hukum gas ideal ("ideal gas law). Hukum Boyle menggambarkan hubungkait kadar songsang antara tekanan dan isipadu mutlak gas, jika suhu dikekalkan sekata dalam sistem tertutup. Hukum ini dinamakan sempena ahli kimia dan fizik Robert Boyle, yang menerbitkan hukum asal pada tahun 1662. Hukum itu boleh dinyatakan seperti berikut:
   Bagi jumlah tetap gas ideal dikekalkan pada suhu tetap, P [tekanan - "pressure"] dan V [Isipadu - volume] adalah berkadar songsang (ketika satu meningkat, yang lain menurun).
         Hukum Boyle merupakan salah satu dari hukum gas. Hukum ini pertama kali disarankan dalam tahun 1662 oleh Robert Boyle yang bertindak balas terhadap cadangan oleh penolongnya John Townley, menjelaskan bahawa pada suhu malar, isipadu gas tetap adalah berkadar songsang dengan tekanan. Menurut Hukum Boyle, isotermal untuk gas adalah hiperbola.

Sistem Air Pendingin

JENIS SISTEM AIR PENDINGIN

Berdasarkan siklusnya, terdapat 2 macam sistem air pendingin utama yang lazim diterapkan di PLTU yaitu : 

sistem siklus terbuka (once through)

sistem siklus tertutup (recirculation – cooling tower).

Pada umumnya sistem air pendingin utama terdiri dari komponen :

Intake (untuk sistem air pendingin siklus terbuka)

Saringan (screen)

Pompa (cooling water pump – CWP)

Katup dan Pemipaan (piping)

Menara pendingin (cooling tower)

Untuk sistem air pendingin siklus terbuka tidak dilengkapi dengan menara pendingin (cooling tower), sebaliknya pada sistem siklus tertutup (resirkulsi) tidak dibutuhkan intake yang dipasangi saringan-saringan, cukup dengan satu saringan sederhana.

Sistem air pendingin terbuka dan tertutup

Gb 1. Sistem air pendingin terbuka dan tertutup

Konversi Suhu Dari Celcius ke Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin

Konversi Suhu Dari Celcius ke Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin

Suhu atau biasa disebut juga dengan temperatur merupakan derajat panas atau dingin dari suatu benda. Suhu suatu benda tergantung pada energi kinetik (gerak) dari molekul-molekul benda yang ada di dalamnya. Suhu suatu benda biasanya dinyatakan dalam satuan derajat Celcius. Dan, untuk mengukur suhu kita dapat menggunakan alat yang disebut termometer.

Ada beberapa skala satuan suhu, misalnya Celcius (C), Reamur (R),Fahrenheit (F), dan Kelvin (K). Diantara skala satuan suhu tersebut, skala Celcius merupakan skala yang paling banyak dipakai di berbagai negara di seluruh dunia, kecuali negara-negara yang berbahasa Inggris, mereka umumnya menggunakan skala Fahrenheit.
Satuan Celcius ditetapkan oleh seorang ilmuwan Swedia bernama Celcius yang melakukan pengukuran dengan mengambil es yang sedang mencair sebagai titik bawah yang disebut 0 derajat Celcius, sedangkan titik atasnya adalah suhu air yang sedang mendidih pada tekanan 76 cmHg yang disebut 100 derajat Celcius. Dari skala Celcius tersebut, suhu suatu benda dapat dinyatakan (dikonversi) ke dalam skala lainnya dengan rumus (formula) tertentu yang sudah ditetapkan.

1. Termometer skala Celcius
   Merupakan termometer yang menggunakan skala Celcius (C). Titik didih air: 100 derajat Celcius (100 C)
   Titik beku: 0 derajat Celcius (0 C)
   Dari 0 derajat Celcius sampai 100 derajar Celcius dibagi dalam 100 skala. 
2. Termometer skala Reamur
   Merupakan termometer yang menggunakan skala Reamur (R). Titik didih air: 80 derajat Reamur (80 R)
   Titik bekunya: 0 derajat Reamur (0 R)
   Dari 0 derajat Reamur sampai 80 derajar Reamur dibagi dalam 80 skala. 
3. Termometer skala Fahrenheit
   Merupakan termometer yang menggunakan skala Fahrenheit (F). Titik didih air: 212 derajat Fahrenheit (212 F)
   Titik bekunya: 32 derajat Fahrenheit (32 F)
   Dari 32 derajat Fahrenheit sampai 212 derajar Fahrenheit dibagi dalam 180 skala. 
4. Termometer skala Kelvin
   Merupakan termometer yang menggunakan skala Kelvin (K). Titik didih air: 373 Kelvin (373 K)
   Titik bekunya: 273 Kelvin (273 K)
   Dari 273 Kelvin sampai 373 Kelvin dibagi dalam 100 skala. 

Perubahan Wujud Benda Akibat Suhu

A.   Panas
Suatu bentuk energi yang menyebabkan kenaikan suhu. Pertambahan volume pada suatu benda akibat kenaikan suhu dinamakan pemuaian. Pada rel kereta api dipasang agak renggang karena rel kereta api dipasang rapat, rel tersebut bengkok (memuai) jika terkena panas matahari. benda cair bila dipanaskan akan memuai, contohnya adalah air. Air memiliki sifat memuai ketika membeku dan menyusut ketika mencair. Sifat tersebut disebut keanehan air (anomali air). Benda gas akan memuai bila dipanaskan. Benda gas akan menyusut apabila didinginkan.
Bagan perubahan wujud

DIAGRAM FASA CAIR-UAP SISTEM DUA KOMPONEN

Penggunaaan diagram fase sangat luas, dalam beberapa cabang ilmu.  Dalam kimia fisik, mineralogi, dan teknik material, diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama. Dalam matematika dan fisika, diagram fase juga mempunyai arti sinonim dengan ruang fase.

Komponen-komponen umum diagram fase adalah garis kesetimbangan atau sempadan fase, yang merujuk pada garis yang menandakan terjadinya transisi fase. Titik tripel adalah titik potong dari garis-garis kesetimbangan antara tiga fase benda, biasanya padat, cair, dan gas. Solidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan padat. Likuidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair. Adalah mungkin terdapat celah di antara solidus dan likuidus; di antara celah tersebut, zat tersebut terdiri dari campuran kristal dan cairan. Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal, seperti air. Sumbu-sumbu diagram berkoresponden dengan tekanan dan temperatur. Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atau sempadan fase antara tiga fase padat, cair, dan gas.